康一鳴

（山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)于礦物資源的需求與日俱增，以往由于對(duì)礦山開發(fā)攫取的不當(dāng)，使得礦山地質(zhì)災(zāi)害增多、礦山地形劇烈變化，因此對(duì)于礦山地形的精準(zhǔn)測量變得尤為重要。近年來，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)逐漸用于礦山地形的測量，無人機(jī)航拍成本較低、且操作便捷、省時(shí)省力、大比例尺高精度、設(shè)備維護(hù)簡單，無人機(jī)傾斜攝影將使礦山3D立體地形圖精確地展現(xiàn)出來，并且能快速形成3D立體模型，而且此技術(shù)能時(shí)刻掌握礦山實(shí)時(shí)地形圖與采礦最佳路線，從而保護(hù)礦山、減少潛在地質(zhì)危害，確保施工人員安全、提高施工效率[1]。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測量礦山地形方法設(shè)計(jì)

（1）礦山地形圖測繪系統(tǒng)研究。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，通過在無人機(jī)上搭載多臺(tái)拍攝設(shè)備，與地面垂直角度拍攝的影像資料叫做正片，與地面形成夾角的拍攝下來的資料叫做斜片，將多組影像通過建模軟件和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、整合，生成點(diǎn)云，點(diǎn)云構(gòu)成網(wǎng)，網(wǎng)構(gòu)生成有紋理結(jié)構(gòu)的三維模式，即3D建模。

3D建模是無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測量礦山地形的主要方法。即通過校對(duì)相機(jī)像素、統(tǒng)計(jì)測量數(shù)據(jù)、圖像整合構(gòu)建3D模型，將礦山攝影的各項(xiàng)數(shù)據(jù)整合成3D模型，從而繪出真實(shí)礦山場景。除了繪制出真實(shí)3D圖，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)還能與GPS定位系統(tǒng)結(jié)合，將礦山各個(gè)路況線路精確到厘米。如圖1所示。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)地拍攝繪制地圖的缺陷，而且提高測量結(jié)果的精確度，并能掌握路況實(shí)時(shí)信息。應(yīng)注意一點(diǎn)是，技術(shù)操作人員應(yīng)將航拍設(shè)備組裝好，遙控?zé)o人機(jī)時(shí)，需細(xì)致查看各個(gè)路況信息，做到不漏拍礦山信息。

圖1 拍攝流程示意圖

（2）空中三角、點(diǎn)位數(shù)據(jù)測量。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)空中拍攝飛行高度需達(dá)到260米，絕對(duì)高度550米，無人機(jī)搭載相機(jī)焦距20.2毫米，測試區(qū)域面積5.5平方千米，同時(shí)保證航拍測量時(shí)50%側(cè)向重疊和85%橫向重疊的拍攝標(biāo)準(zhǔn)。采用Gee-Fly-X9固定翼無人機(jī)，安裝5個(gè)攝像機(jī)，相機(jī)型號(hào)如表1所示

表1 Sony a4500相機(jī)參數(shù)表

運(yùn)用精準(zhǔn)焦距相機(jī)需拍攝800張以上相片，以此滿足復(fù)原礦山建筑物、植被、河流等物體便面紋理的需要。利用SIFI計(jì)算機(jī)提取相片上的特征焦點(diǎn)并獲取相應(yīng)的Aijnchbor，根據(jù)POSE提取的重疊關(guān)系圖整合為一個(gè)立體模型，對(duì)每一對(duì)Aijnchbor進(jìn)行圖片比對(duì)，然后消除差異。在視覺軟件場景中，估算出稀疏點(diǎn)云的相對(duì)位置，結(jié)合POSE算出每一處建筑物的坐標(biāo)，然后通過DLE（Diser Losdfer Eioter）晶點(diǎn)計(jì)算機(jī)獲取真實(shí)物體點(diǎn)云位置。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了確定無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)礦山地形精準(zhǔn)測量的實(shí)際效果，特設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。設(shè)計(jì)對(duì)比組和實(shí)驗(yàn)組，令對(duì)比組使用傳統(tǒng)場地拍攝繪圖方式，令實(shí)驗(yàn)組使用新無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)繪圖方式，進(jìn)行效果對(duì)比。

表2 對(duì)比數(shù)據(jù)表

（1）實(shí)驗(yàn)過程。以某金屬礦為例，實(shí)驗(yàn)組使用新無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)繪圖方式，通過空中三角、點(diǎn)位數(shù)據(jù)測量，并連接GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計(jì)航拍路線，組合建模軟件，獲得原始照片800張。并記錄相關(guān)礦山參數(shù)，如拍攝高度、斜拍角度、畫面重疊和特征點(diǎn)地理坐標(biāo)等。獲得3D模型圖后，整理數(shù)據(jù)，繪制礦山地形圖。實(shí)驗(yàn)將測量5次，每次繪制地形圖結(jié)果將對(duì)比10次。實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括山脊、植被、河流、建筑物等多項(xiàng)物體。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)比組測量結(jié)果如表2所示。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)表2可知，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)僅用1.5個(gè)小時(shí)就完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量，而傳統(tǒng)實(shí)地拍攝耗時(shí)長。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)有效地得出了精確的森林覆蓋面積，統(tǒng)實(shí)地拍攝統(tǒng)計(jì)的結(jié)果不精確。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)精確了建筑物之間的能見度，使礦山挖掘策劃書更精準(zhǔn)，準(zhǔn)確定位到挖掘地點(diǎn)。在數(shù)字影像圖和高分辨3D成像的基礎(chǔ)上，礦山整體地質(zhì)、路況信息將精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，通過無人機(jī)拍攝技術(shù)測量礦山地形，為采礦提供了更多可行性和可選擇性，并增加地形地貌繪圖的精準(zhǔn)度，使地圖空中覆蓋面積增加。傳統(tǒng)的場地拍攝測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，路線的選擇性小。在無人機(jī)傾斜攝影得到的數(shù)據(jù)結(jié)果中，繪制地圖比例尺精確度有大幅度的提高。

3 結(jié)語

綜上所述，通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測量的礦山地形數(shù)據(jù)具有更高的準(zhǔn)確性、真實(shí)性、時(shí)效性，在無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用后，將掌握實(shí)時(shí)礦山地形信息，并能提供真實(shí)生動(dòng)的場景圖，3D建模方便礦山采掘計(jì)劃的建立。在未來，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將普遍應(yīng)用于多種測量類企業(yè)。